Траектория движения электромагнитного поля по проводнику

[rustot]

Prikol в сообщении #989486 писал(а):

Вы любыми способами пытаетесь уйти от темы.

от какой? вы открыли для себя вектор пойнтинга и спешите поведать об этом миру. а теперь расскажите какое он имеет отношение к теме - за счет чего поле при включении цепи распространяется так быстро при том что электроны движутся так медленно? для этого вовсе необязательно рассматривать замкнутую цепь, при подключении одиночного провода к одной клемме его потенциал и поле вокруг него изменится на всем протяжении так же быстро

[Prikol]

Тема звучит так: Траектория движения электромагнитного поля (по проводнику)
Но, как выяснилось, движется не поле, а энергия.
Траектории движения энергии определяются вектором Пойнтинга.

Теперь, когда в терминах вектора Пойнтинга описана физика явлений, можно перейти к более точному математическому описанию, например в терминах телеграфного уравнения. При этом окажется, что ваша качественная модель очень ограничена в своих возможностях дать количественное описания явлений.

[rustot]

и с какой же скоростью эта энергия "движется"? вот если вектор пойнтинга в этой точке в два раза больше то там энергия в два раза быстрее движется?

на вопрос за счет чего ракета движется недостаточно ответить куда направлена ее скорость. на вопрос за счет чего изменение поля распространяется вдоль провода так быстро недостаточно сказать куда направлен вектор пойнтинга. это не ответ на вопрос о происхождении явления, это рассказ о том как его записать

[Prikol]

rustot в сообщении #989523 писал(а):

и с какой же скоростью эта энергия "движется"? вот если вектор пойнтинга в этой точке в два раза больше то там энергия в два раза быстрее движется?

на вопрос за счет чего ракета движется недостаточно ответить куда направлена ее скорость. на вопрос за счет чего изменение поля распространяется вдоль провода так быстро недостаточно сказать куда направлен вектоир пойнтинга. это не ответ на вопрос о происхождении явления, это рассказ о том как его записать

Вектор Пойнтинга дает направление и плотность потока энергии.

Скорость можно определить из анализа телеграфных уравнений.
В простейшем случае без потерь, скорость будет зависеть от погонной емкости и индуктивности линии.
Для бесконечной линии или при согласованной нагрузке скорость будет $v = 1/\sqrt {LC}$

Но если нагрузка не согласованная, будет наложение всяких переотражений и переходных процессов, скорость будет даже непросто ввести. Но во всяком случае она будет порядка скорости света, а не порядка скорости электронов.

Если же совсем просто, то высокая скорость вытекает из того факта, что определяющим являются уравнения Максвелла для полей, а не уравнения Ньютона для электронов.

[rustot]

вы опять рассказываете чему будет равен результат и каким способом его можно записать, а не почему он такой получился. вот недавно потенциал около каждой из клемм источника быстро убывал до фонового в непосредственно близи от них. а вот сейчас он почему то оказался распределен аккурат линейно меняющимся вдоль длинного извилистого проводника подключенного к клеммам. и произошло это изменение очень быстро. что именно так изменило поле? "просто так" ни по каким уравнениям максвелла поля не меняются

[UR4III]

Prikol в сообщении #989424 писал(а):

Если цепь разомкнута, то верхний проводник имеет потенциал U1, нижний U2.
За счет этих потенциалов вокруг проводников создается электрическое поле.

Потенциал клеммы источника и конца проводника одинаков. Как может создастся эл. поле?

Prikol в сообщении #989424 писал(а):

После замыкания цепи возникает ток и создается магнитное поле.
При этом вектор Пойнтинга уже не нулевой.
Вектор Пойнтинга показывает, что ВНЕ проводника происходит перенос энергии.
Причем это даже при постоянном токе.

Можно узнать направление векторов Е и Н для одиночного проводника (из названия темы следует, что предметом исследования является проводник, а не линия) при постоянном токе?

[DimaM]

UR4III в сообщении #989767 писал(а):

Можно узнать направление векторов Е и Н для одиночного проводника (из названия темы следует, что предметом исследования является проводник, а не линия) при постоянном токе?

Можно.

[UR4III]

Ну и как? Пойнтинг вдоль провода направлен?

[rustot]

если потенциал провода положителен и ток направлен вправо - то S вправо, если потенциал отрицателен, то влево. и в том и в другом случае немного подворачивая в проводник если он обладает сопротивлением

[Munin]

Как я прикинул, это зависит не от сопротивления проводника, а от проводимости утечки в окружающем изоляторе.

[Prikol]

UR4III в сообщении #989767 писал(а):

Prikol в сообщении #989424 писал(а):

Если цепь разомкнута, то верхний проводник имеет потенциал U1, нижний U2.
За счет этих потенциалов вокруг проводников создается электрическое поле.

Потенциал клеммы источника и конца проводника одинаков. Как может создастся эл. поле?

Речь идет не о поле внутри проводника, которое при разомкнутой цепи действительно нулевое, а о поле ВНЕ проводника. Я ведь написал - "вокруг проводников". При разомкнутой цепи и ненулевом потенциале проводника вокруг него будет этектрическое поле.

UR4III в сообщении #989767 писал(а):

Prikol в сообщении #989424 писал(а):

После замыкания цепи возникает ток и создается магнитное поле.
При этом вектор Пойнтинга уже не нулевой.
Вектор Пойнтинга показывает, что ВНЕ проводника происходит перенос энергии.
Причем это даже при постоянном токе.

Можно узнать направление векторов Е и Н для одиночного проводника (из названия темы следует, что предметом исследования является проводник, а не линия) при постоянном токе?

Поле Е вне проводника - по радиусу. Если есть ток и потери, то почти по радиусу.
Поле Е внутри проводника - если тока нет, то нулевое. Если ток есть - вдоль оси.

Магнитное поле на картинке.


-- 14.03.2015, 23:01 --

rustot в сообщении #989556 писал(а):

вы опять рассказываете чему будет равен результат и каким способом его можно записать, а не почему он такой получился.

Если вы понимаете как ведут себя решения уравнений Максвелла, то вам больше ничего не нужно.
Если не понимаете, то вам нужна распальцовка.

rustot в сообщении #989556 писал(а):

что именно так изменило поле? "просто так" ни по каким уравнениям максвелла поля не меняются

При замыкании ключа в первый момент вблизи ключа возникнет большой градиент поля.
Этот градиент не может существовать стационарно, уравнения Максвелла этого не позволяют.
Градиент начинает расплываться в соответствии с уравнениями Максвелла. Впрочем, для упрощения можно взять телеграфные уравнения.
Через некоторое время система прийдет к стационарному состоянию.

[rustot]

Prikol в сообщении #990388 писал(а):

Этот градиент не может существовать стационарно, уравнения Максвелла этого не позволяют.

чего это вдруг, пока провод не подключили градиент вполне себе огромный вблизи клеммы существовал, гораздо больший чем после подключения провода и уравнения максвелла к этому благосколонно относились. провод подключили - поле стало быстро видоизменяться и у клемм и вдоль всего провода. подключили бы деревяшку - не стал бы меняться. так ЧТО меняет поле. не КАК это изменение описать, через потенциал, через поле, через вектор пойнтинга, а ЧТО его меняет? что еще есть в уравнениях максвелла кроме поля?

[dvb]

zvm в сообщении #989495 писал(а):

Prikol в сообщении #989470 писал(а):

что даже при постоянном токе значительная часть энергии передается не по проводнику, а по пространству вблизи проводника.

Не значительная, а вся.

Весьма ответственное заявление.
Предлагаю обсудить такой мысленный эксперимент. Поместим батарею постоянного тока в металлический сосуд со стенками произвольной толщины (можно сверхпроводящими). Просверлим в сосуде дырочку, подсоединим к батарее спаренный провод, просунем его в дырочку (обращаю внимание, что в квартирах проводка всегда делается спаренным проводом, а для протекания тока необходим замкнутый контур),подсоединим этот провод к нагрузке, замкнем цепь и начнем думать, как энергии удается форсировать металлические стенки сосуда, при том, что нагрузка явно греется.
Параллельно будем думать над тем, что суммарный ток в нашей паре равен 0 на всей ее погонной длине, то есть никаких причин для возникновения магнитного поля вокруг нее нет. Что-то там мелкодипольное, особенно если толщина изолятора между жилами никакая.
Еще у меня вопрос: Если энергия распространяется в пространстве вокруг силового кабеля, то почему злоумышленники не придумали способ как-нибудь ее собирать в котомку и использовать для личных нужд? Какие тут есть теоретические преграды?
И последнее. Что касается работающего счетчика при выключенных приборах. В квартире масса розеток, в них, обычно масса пыли и скапливается всякая дрянь. То же самое и на входных клеммах домашних приборов, а про электроплиту я вообще молчу. Из всего этого и вытекают утечки.

[Cos(x-pi/2)]

Имхо, здесь не помешает нотка примирения между сказанным rustot (о том, что источником возмущения ЭМ-поля служит небольшое перемещение зарядов при замыкании цепи) и сказанным Prikol (о картине ЭМ-поля и векторе Пойнтинга). Оба взгляда хорошо дополнили друг друга. Ведь все согласны с тем, что распространение возмущения вдоль проводника со скоростью близкой к $c$ управляется уравнениями Максвелла. А в них левая сторона равна правой: т.е. не только картиной зарядов и токов определяется поле, но и картиной поля определяется распределение зарядов и токов, - обе картины должны составлять единую самосогласованную.


dvb

Выше нигде не говорилось, будто энергия распространяется в пространстве "вокруг силового кабеля"; Prikol говорил про "вокруг проводника". Предлагаемая Вами экранировка батареи никак не отменяет разности зарядов и потенциалов между двумя проводниками, а потому не отменяет и электрического поля $\mathbf{E}$ между ними, где бы они ни находились за экраном. При наличии же тока в эту картину добавляется магнитное поле вокруг проводников $\mathbf{H}$, и, значит, добавляется сопутствующий наличию обоих полей поток энергии.

Вот чисто схематическое изображение зарядов и полей (здесь на длину векторов или густоту силовых линий и зарядов не смотрите, они тут нарисованы как попало и не отражают количественных деталей); сопротивление соединительных проводников здесь для простоты считается равным нулю, поэтому векторы эл. поля в обоих случаях перпендикулярны к этим проводникам:

dvb в сообщении #990588 писал(а):

Что-то там мелкодипольное, особенно если толщина изолятора между жилами никакая.

При "никакой" толщине изолятора между проводниками будет пробой и КЗ; изолятор как раз важен, и он должен быть достаточно толстым при высоких напряжениях.

dvb в сообщении #990588 писал(а):

замкнем цепь и начнем думать, как энергии удается форсировать металлические стенки сосуда <...> Еще у меня вопрос: Если энергия распространяется в пространстве вокруг силового кабеля, то почему злоумышленники не придумали способ как-нибудь ее собирать в котомку и использовать для личных нужд? Какие тут есть теоретические преграды?

А чего тут думать, считать надо! :)) Главная теоретическая "преграда" хорошо объяснена, например, в Фейнмановских Лекциях по Физике: энергия это не пилюля, которую можно было бы передавать из рук в руки; это лишь количественная характеристика процессов.

Злоумышленникам сей факт давно известен: не существует "черпака электроэнергии"; для отъёма энергии в свою котомку, надо направить в котомку вектор Пойнтинга, а он определяется картиной векторов ЭМ-поля в пространстве, а они в свою очередь определяются токами и зарядами в "направляющих" проводниках. Так что, злой умысел прост: втихаря подключить к чужому кабелю парочку своих проводников, ведущих как раз в желаемую котомку, и все дела.

[zvm]

dvb в сообщении #990588 писал(а):

Выше нигде не говорилось, будто энергия распространяется в пространстве "вокруг силового кабеля";

Я утверждал именно это. Никак не внутри кабеля. А вы все аккуратно разъяснили.